高靱性化したセラミックス基複合材料の微小亀裂進展挙動の測定と解析

增韧陶瓷基复合材料微裂纹扩展行为的测量与分析

基本信息

批准号：
07855078
负责人：
赤津隆
金额：
$ 0.58万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1995
资助国家：
日本
起止时间：
1995 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07855078/
关键词：
セラミックス複合材料表面亀裂 R曲線

项目摘要

交付された科学研究費補助金で購入した一連の実験装置を用いて、アルミナ及び炭化けい素ウィスカ-強化アルミナ複合材料の微小亀裂からのR曲線挙動を簡便かつ正確に評価することが可能となった。表面微小亀裂を用いた幾つかの破壊靱性値評価方法を比較検討し、R曲線挙動を解析した結果、亀裂進展をその場観察しないときには、CSF法による評価が最も適していることがわかった。得られた結果を解析したところ、亀裂先端より後方での亀裂閉口応力は、アルミナでは約30MPa、炭化けい素ウィスカ-強化アルミナ複合材料では約150MPaと推定され、それぞれアルミナ粒子架橋とウィスカ-の亀裂面架橋を反映していると推察できた。従って、ウィスカ-の亀裂面架橋による亀裂閉口応力を大きくかつ広い範囲で作用させるような材料設計が高靱性化に有効であると考えられ、界面結合力を制御することでそれを実現する計画を立案している。さらに、亀裂閉口応力の分布を定量化し、高靱性化機構を詳細に検討することが今後の課題である。一方、微小亀裂からのR曲線挙動は、今まで研究してきた巨視亀裂からのR曲線とは異なる様相を呈したことから、R曲線が亀裂形状に依存することがわかった。従って、強度や疲労特性を決定する破壊は微小亀裂が起点になっていることから、今回得られたデータは材料の信頼性や疲労寿命の予測に有効に活用できるはずであり、これらの関係を理論的・実験的に検討する予定である。

利用科学研究补助金购买的一系列实验设备，可以轻松、准确地评估氧化铝和碳化硅晶须增强氧化铝复合材料中微裂纹的 R 曲线行为。通过比较几种使用表面微裂纹的断裂韧性评价方法并分析R曲线行为，发现当现场未观察到裂纹扩展时，CSF法是最合适的评价方法。对所得结果的分析表明，裂纹尖端后面的裂纹闭合应力对于氧化铝来说约为 30 MPa，对于碳化硅晶须增强氧化铝复合材料来说约为 150 MPa，这分别是由氧化铝颗粒桥和晶须裂纹引起的。推断这反映了表面交联。因此，人们认为，通过晶须的裂纹表面桥接而使裂纹闭合应力在大范围内作用的材料设计对于提高韧性是有效的，并且正在制定通过控制界面结合力来实现这一目标的计划。正在计划中。此外，未来的任务包括量化裂纹闭合应力的分布并详细研究提高韧性的机制。另一方面，微裂纹的 R 曲线的行为与迄今为止研究的宏观裂纹的 R 曲线不同，这表明 R 曲线取决于裂纹形状。因此，由于微裂纹是决定强度和疲劳性能的断裂起点，因此这次获得的数据应该能够有效地用于预测材料的可靠性和疲劳寿命。我们计划对此进行理论和实验研究。